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警報器
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- 【要約】
【課題】スイープ音を出力する際の周波数変化に対し充分な音圧を確保すると同時にスピーカ消費電流を低減可能とする。
【解決手段】警報器10は、火災を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカ46から出力する。基準電流設定部54は、スピーカ46における音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数をもつ所定の振幅電圧Vrを加えた時の駆動電流を基準電流Irとして設定する。PWM処理部56はスピーカ46の駆動電流を基準電流Ir付近に保つようにデューティ比を設定したPWMパルス列を出力し、ローパスフィルタ42に通して音声信号に変換した後にアンプ44で増幅してスピーカ46から出力させる。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項1】
異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
前記スピーカにおける音圧が高く且つインピーダンスが高い所定周波数をもつ所定振幅の駆動電圧を加えた時に流れる駆動電流を基準電流として設定する基準電流設定部と、
前記スピーカの駆動電流を前記基準電流付近に保つようにデューティ比を設定したPWMパルス列を出力するPWM処理部と、
前記PWMパルス列をローパスフィルタに通して音声信号に変換した後に増幅してスピーカから出力させる音響出力回路部と、
を設けたことを特徴とする警報器。
【請求項2】
請求項1記載の警報器に於いて、前記PWM処理部は、
周波数の変化に対し前記スピーカの駆動電流を前記基準電流付近に保つスピーカの振幅電圧データを設定する振幅電圧データ設定部と、
時間の経過に対し所定の周波数範囲で直線的に変化する周波数を設定する周波数設定部と、
前記振幅電圧データ設定部の振幅電圧データから変換したデューティ比をもち、且つ前記周波数設定部により設定された直線的に変化する周波数をもつPWMパルスを生成して出力するPWM変換部と、
を備えたことを特徴とする警報器。
【請求項3】
請求項2記載の警報器に於いて、前記振幅電圧データ設定部は、
前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して、前記周波数範囲に亘る振幅電圧データ分布を算出し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記振幅電圧データ分布に従ったデューティ比をもつPWMパルスを前記PWM変換部に出力させて前記スピーカの駆動電流を前記基準電流に保持することを特徴とする警報器。
【請求項4】
請求項2記載の警報器に於いて、前記振幅電圧データ設定部は、
前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた前記周波数範囲に亘る振幅電圧分布を近似する区分関数を求め、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記区分関数により算出した振幅電圧に従ったデューティ比をもつPWMパルスを前記PWM変換部に出力させて前記スピーカの駆動電流を前記基準電流付近に保持することを特徴とする警報器。
【請求項5】
異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
前記スピーカの音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数をもつ所定振幅の駆動電圧を加えた時に流れる駆動電流を基準電流として設定する基準電流設定部と、
前記スイープ音の出力時に、周波数変化に伴うスピーカ駆動電流を前記基準電流付近に保つように前記スピーカに加える振幅電圧を制御するスイープ音出力処理部と、
を設けたことを特徴とする警報器。
【請求項6】
請求項5記載の警報器に於いて、前記スイープ音出力処理部は、
前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた前記周波数範囲に亘る振幅電圧分布を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記振幅電圧分布に従った振幅電圧を前記スピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を前記基準電流に保持することを特徴とする警報器。
【請求項7】
請求項6記載の警報器に於いて、前記スイープ音出力処理部は、
前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた前記周波数範囲に亘る振幅電圧分布を近似する区分関数を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記区分関数により算出した振幅電圧を前記スピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を前記基準電流付近に保持することを特徴とする警報器。
- 【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般住宅等に設置され電池駆動により火災を監視して警報する警報器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、住宅における火災やガス漏れなどの異常を検出して警報する住宅用警報器(以下「住警器」という)が普及している。
【0003】
このような住警器にあっては、住警器内にセンサ部と警報部を一体に備え、火災を検出すると火災警報を出すようにしており、住警器単体で火災監視と警報ができることから、設置が簡単でコスト的にも安価であり、一般住宅での設置義務化に伴い広く普及している。
【0004】
従来の住警器で火災を検出した時の警報としては、例えば「ピーピーピー 火事です 火事です」といった警報音を出力するようにしている。ここで前半の「ピーピーピー」はスイープ音と呼ばれ、2〜3KHzといった聞き取りやすい範囲で周波数を時間に対し直線的に変化させている。
【0005】
スイープ音と音声メッセージから構成された警報音の出力は、音声データを記憶したROMを準備し、ROMから読み出した音声データをPWMパルスに変換し、PWMパルス(パルス幅変調パルス)をローパスフィルタを通すことで音声信号波形に変換し、アンプで増幅した後にスピーカから出力させている。
【0006】
このような音声データをPWMパルスに変換して警報音を出力するPWM変換方法は、音声データをアナログ変換する高価なAD変換器を必要とせず、低コストで音声出力を行うことができる。
【0007】
また、近年、住警器の低消費電力化が推し進められた結果、電池寿命が例えば10年以上といった長寿命が保証されており、その間、電池交換は不要である。長期間使用して電池寿命に近づき、電池電圧の低下が検出されると、電池切れを報知する警報を出すようにしている。
【特許文献1】特開2005−44317号公報
【特許文献2】特開2004−54356号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、従来の警報器に使用しているスピーカにあっては、スピーカのインピーダンスが周波数によって変化し、音圧が高くなる周波数でインピーダンスが高くなる傾向がある。
【0009】
そのためスイープ音を出力するために一定振幅を持ち周波数が変化する駆動電圧をスピーカに加えると、音圧の高く出ていない周波数帯ではインピーダンスが低いために電流が多く流れ、無駄に電流が消費される。
【0010】
また充分な音圧を確保するために駆動電圧の振幅を増加させると、音圧の高く出ていない周波数帯でのピーク電流が増えて電池の電圧降下が大きくなり、電池寿命が短くなるという問題もある。
【0011】
本発明は、スイープ音を出力する際の周波数変化に対し充分な音圧を確保すると同時にスピーカ消費電流を低減できる警報器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
スピーカにおける音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数をもつ所定振幅の駆動電圧Vrを加えた時に流れる駆動電流を基準電流Irとして設定する基準電流設定部と、
スピーカの駆動電流を基準電流Ir付近に保つようにデューティ比を設定したPWMパルス列を出力するPWM処理部と、
PWMパルス列をローパスフィルタに通して音声信号に変換した後に増幅してスピーカから出力させる音響出力回路部と、
を設けたことを特徴とする。
【0013】
ここで、PWM処理部は、
周波数の変化に対しスピーカの駆動電流を基準電流Ir付近に保つスピーカの振幅電圧データを設定する振幅電圧データ設定部と、
時間の経過に対し所定の周波数範囲で直線的に変化する周波数を設定する周波数設定部と、
振幅電圧データ設定部の振幅電圧データから変換したデューティ比をもち、且つ周波数設定部により設定された直線的に変化する周波数をもつPWMパルスを生成して出力するPWM変換部と、
を備える。
【0014】
振幅電圧データ設定部は、基準電流Irと所定振幅電圧Vrの積(Ir×Vr)を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧Vrを加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して、周波数範囲に亘る振幅電圧データ分布を算出し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い振幅電圧データ分布に従ったデューティ比をもつPWMパルスをPWM変換部に出力させてスピーカの駆動電流を基準電流に保持する。
【0015】
また、振幅電圧データ設定部は、基準電流Irと所定振幅電圧Vrの積(Ir×Vr)を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧Vrを加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた振幅電圧分布を近似する区分関数を求め、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い区分関数により算出した振幅電圧に従ったデューティ比をもつPWMパルスをPWM変換部に出力させてスピーカの駆動電流を基準電流付近に保持する。
【0016】
本発明の別の形態は、異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
スピーカの音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数をもつ所定振幅Vrの駆動電圧を加えた時に流れる駆動電流を基準電流Irとして設定する規準電流設定部と、
スイープ音の出力時に、周波数変化に伴うスピーカ駆動電流を基準電流Ir付近に保つようにスピーカに加える振幅電圧を制御するスイープ音出力処理部と、
を設けたことを特徴とする。
【0017】
ここで、スイープ音出力処理部は、基準電流Irと所定振幅電圧Vrの積(Ir×Vr)を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧を加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた振幅電圧分布を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い振幅電圧分布に従った振幅電圧をスピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を基準電流に保持する。
【0018】
また、スイープ音出力処理部は、基準電流Irと所定振幅電圧Vrの積(Ir×Vr)を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧を加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた振幅電圧分布を近似する区分関数を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い区分関数により算出した振幅電圧をスピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を前記基準電流付近に保持する。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、スイープ周波数範囲でスピーカの音圧が高く且つ消費電流が少ない駆動電流を基準電流として設定し、基準電流を与える周波数での電圧振幅に対し、音圧の高くでないインピーダンスの低い周波数帯での電圧振幅を小さくするようにスピーカに加える振幅電圧を制御することで、周波数の変化に対し基準電流を大きく超えないようにし、ピーク電流を低減しながら同時に最大音圧を確実に維持したスイープ音の出力ができ、電池寿命を延ばすことができる。
【0020】
また、インピーダンスの低い周波数帯で小さくなるスピーカに加える振幅電圧の制御は、PWMパルスのデューティ比を制御することで簡単且つ容易に実現でき、スイープ周波数範囲の振幅電圧分布をROMデータ又は区分関数により設定することで、スイープ音の音声データをROMに記憶した場合に比べ、ROM容量を大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
図1は本発明による住警器の外観を示した説明図であり、図1(A)に正面図を、図1(B)に側面図を示している。
【0022】
図1において、本実施形態の住警器10はカバー12と本体14で構成されている。カバー12の中央には、周囲に煙流入口を開口した検煙部16が配置され、火災による煙が所定濃度に達したときに火災を検出するようにしている。
【0023】
カバー12に設けた検煙部16の左下側には音響孔18が設けられ、この背後にスピーカを内蔵し、警報音や音声メッセージを出力できるようにしている。検煙部16の下側には警報停止スイッチ20が設けられている。警報停止スイッチ20は点検スイッチとしての機能を兼ねている。
【0024】
警報停止スイッチ20の内部には、点線で示すようにLED22が配置されており、LED22が点灯すると、警報停止スイッチ20のスイッチカバーの部分を透過してLED22の点灯状態が外部から分かるようにしている。
【0025】
また本体14の裏側上部には取付フック15が設けられており、設置する部屋の壁にビスなどをねじ込み、このビスに取付フック15で取り付けることで、壁面に住警器10を設置することができる。
【0026】
住警器10は住宅の居間や寝室などの例えば壁面に設置され、万一、火災が発生した場合いには、火災を検出して警報を開始する。この火災を検出して警報を開始することを、住警器における「発報」という。
【0027】
火災を検出した時の住警器10−4の警報音としては、例えばスイープ音として「ピーピーピー」を連続して出力する。同時にLED22を点滅又は明滅させる。住警器10が警報音を出している状態で、警報停止スイッチ20を操作すると、警報音が停止し、LED22が消灯する。
【0028】
また住警器10は障害監視機能を備えており、障害を検知すると、例えば「ピッ」といった警報音を所定時間置きに間欠的に出力すると共にLED22を瞬時的に点灯し、障害が発生したことを報知する。住警器10から出力されている障害警報は、警報停止スイッチ20を操作することで停止することができる。
【0029】
住警器10で検出して警報する障害とは、電池電圧の低下を検出して警報する電池容量低下警報(電池切れ警報)が主なものであり、これ以外に、検煙部16などのセンサ障害など適宜の障害警報が含まれる。
【0030】
図2は本発明による住警器の実施形態を示したブロック図である。住警器10はCPU24を備え、CPU24に対しては、センサ部26、報知部28、操作部30、EEPROM32、RAM35、移報部36及び電池電源40を設けている。
【0031】
センサ部26には、本実施形態にあっては検煙部16が設けられ、煙濃度に応じた煙検出信号をCPU24に出力している。センサ部26には検煙部16以外に、火災による温度を検出するサーミスタを設けてもよい。またガス漏れ監視用の住警器の場合には、センサ部26にガス漏れセンサが設けられることになる。
【0032】
報知部28にはローパスフィルタ44及びアンプ44からなる音響出力回路部により駆動されるスピーカ46と、表示回路部48により駆動されるLED22が設けられている。
【0033】
ローパスフィルタ42はコンデンサと抵抗からなる簡単なフィルタであり、CPU24から出力される警報音用のPWMパルス列から音声周波数帯域の上限周波数を超える成分を除去して滑らかに変換する音声信号波形に変換し、アンプ44で増幅した後にスピーカ46から出力させる。LED22は点滅や明滅、点灯などにより、火災などの異常及び障害を表示する。
【0034】
操作部30には警報停止スイッチ20が設けられている。警報停止スイッチ20を操作すると、住警器10から流している警報音を停止することができる。警報停止スイッチ20は、本実施形態にあっては点検スイッチを兼用している。
【0035】
警報停止スイッチ20は、報知部28からスピーカ46により警報音を出力しているときに有効となる。一方、警報音を出力していない通常監視状態で警報停止スイッチ20は点検スイッチとして機能し、点検スイッチを押すと、報知部28から点検用の音声メッセージなどが出力される。
【0036】
電池電源40は、例えば所定セル数のアルカリ乾電池を使用しており、定格電圧として例えば5.0ボルトの電池電圧を供給し、電池容量としては住警器10における回路部全体の低消費電力化により、約10年の電池寿命を保証している。
【0037】
CPU24にはプログラムの実行により実現される機能として、異常監視部50及びスイープ音処理部52が設けられている。スイープ音処理部52には、スピーカ基準電流設定部54とPWM処理部56の機能が設けられている。
【0038】
異常監視部50は、センサ部26に設けた検煙部16からの煙検出信号が火災レベルを超えて火災を検出したときに、報知部28のスピーカ46から警報音として例えば「ピーピーピー」といったスイープ音を繰り返し出力させると共に、報知部28のLED22を例えば明滅させる。
【0039】
スイープ音処理部52は、スイープ音に対応したPWMパルス列を生成して出力し、フィルタ42を通してほぼ正弦波形となる音声波形信号に変換した後にアンプ44で増幅してスピーカ46から出力させる。
【0040】
スイープ音処理部52に設けた基準電流設定部54は、スピーカ46における音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数fpをもつ所定の振幅電圧Vrを加えた時に流れる駆動電流を基準電流Irとして設定する。
【0041】
PWM処理部56は、スイープ音の出力時に、スピーカ46の駆動電流を基準電流Ir付近に保つようにデューティ比を設定したPWMパルス列を出力し、ローパスフィルタ42に通して音声信号に変換した後にアンプ44で増幅してスピーカ46から出力させる。
【0042】
図3は図2のPWM処理部56の実施形態を示したブロック図であり、CPU24によるプログラムの実行によって実現される機能となる。
【0043】
図3において、PWM処理部56には、振幅電圧データ設定部58、レジスタ60、周波数設定部62、レジスタ64、PWM変換部66及び制御部68が設けられている。
【0044】
振幅電圧データ設定部58は、時間の経過に伴うスイープ周波数範囲における周波数の変化に対し、スピーカの音圧が高く且つインピーダンスが高い所定周波数fpで流れる基準電流Ir付近にスピーカ駆動電流を保つ振幅電圧データを、レジスタ60を介してPWM変換部66に設定する。
【0045】
振幅電圧データ設定部58で設定する振幅電圧データ35はEEPROM32に予め記憶されており、スイープ音出力の際に、振幅電圧データ設定部58がEEPROM32の振幅データ35を順次読み出して、レジスタ60に設定する。
【0046】
周波数設定部60は、スイープ音出力時の時間の経過に対し、所定のスイープ周波数範囲で例えば直線的に変化する周波数を、レジスタ64を介してPWM変換部66に設定する。
【0047】
PWM変換部66は、レジスタ60に設定された振幅電圧データから変換したデューティ比を持ち、且つ周波数設定部62によりレジスタ64に設定された周波数を持つPWMパルスを生成して出力する。
【0048】
図4は図3のPWM変換部66における振幅電圧データをデューティ比に変換するための変換特性を示したグラフ図である。図4において、横軸は振幅電圧データであり、例えば8ビットのデータであり、オール1で最大値Dmaxとなっている。
【0049】
縦軸はデューティ比Rであり、振幅電圧データの最大値Dmaxでデューティ比Rは100%であり、振幅電圧データ0でデューティ比Rは0%であり、0から100%とDmaxの交点を結ぶ直線を、振幅電圧データをデューティ比Rに変換するための変換特性として設定している。
【0050】
次に、スイープ音の出力時に振幅電圧データ設定部58により読み出され、レジスタ60を介してPWM変換部66に対しデューティ比を得るために設定する振幅電圧データ35の詳細を説明する。
【0051】
図5は本実施形態の住警器で使用するスピーカ46の周波数に対する音圧特性とインピーダンス特性を示したグラフ図である。図5において、横軸は周波数であり、縦軸に音圧レベルとインピーダンスZを示している。なお横軸の周波数は対数軸である。
【0052】
本実施形態のスピーカ46は、一定の振幅電圧を持つ駆動電圧を周波数を可聴周波数範囲例えば150Hz〜20kHzの範囲で変化させながらスピーカに加えてスイープ音を出力すると、音圧特性70に示す強さのスイープ音が得られる。また周波数変化に対し、スピーカのインピーダンスZはインピーダンス特性72に示す特性となる。
【0053】
音圧特性70は750Hz付近の周波数fp1にピークを持ち、また3.2kHz付近の周波数fp2に更に高いピークを持っている。このような周波数fp1,fp2における音圧のピークに対し、インピーダンス特性72は、周波数fp1,fp2となる音圧ピークの部分でインピーダンスZがピーク的に高くなっており、それ以外の音圧の低い周波数帯域ではインピーダンスZが低くなっている。
【0054】
図6は図5の音圧特性70及びインピーダンス特性72を持つスピーカ46に一定の振幅電圧Vrを持つ駆動電圧をスイープ周波数範囲fs〜feで周波数を変化させながら加えてスイープ音を出力したときの駆動電圧と駆動電流をインピーダンス特性72と共に示している。
【0055】
図6(A)は図5に示したと同じインピーダンス特性72であり、周波数fp1,fp2の2箇所でインピーダンスZが高くなるピーク部分を持っている。
【0056】
図6(B)は振幅電圧Vrとなる駆動電圧(正弦波電圧)をスピーカに印加して、周波数を開始周波数fsから終了周波数feのスイープ周波数範囲で変化させたときの駆動電圧分布74を示している。
【0057】
このようなスイープ周波数範囲で一定振幅電圧Vrを持つ駆動電圧分布74でスイープ音をスピーカから出力させたとき、スピーカの駆動電流は図6(C)に示す駆動電流分布76となる。駆動電流分布76は、スイープ周波数範囲におけるインピーダンスが高くなるインピーダンスfp1,fp2の部分で電流値が減少し、それ以外のインピーダンスの低い周波数帯域で大きな電流が流れている。
【0058】
そこで本発明にあっては、図6(B)のように、一定振幅電圧Vrを持つ駆動電圧によりスイープ周波数範囲で周波数を変化させてスピーカからスイープ音を出力したときの図6(C)に示す駆動電流分布76における音圧が高く且つインピーダンスZが高い、例えば周波数fp1でスピーカに流れる駆動電流Ir1を基準電流として求め、この基準電流Ir1を図2のCPU24に設けたスイープ音処理部52に設けているスピーカ基準電流設定部54により設定する。
【0059】
図7はスイープ音の出力時にスイープ周波数の範囲で周波数を変化したときのスピーカ駆動電流を、図6から求めた基準電流Irに保つための振幅電圧分布を示したタイムチャートである。図7(A)は図5に示したと同じインピーダンス特性72であり、図7(B)に図7(C)に示すようにスピーカ駆動電流を基準電流Irに保つためのスイープ周波数範囲における振幅電圧分布78を示している。図7(B)の振幅電圧分布78は次のようにして求めることができる。
【0060】
まず図6(B)(C)に示した音圧が高く且つインピーダンスが最も高い周波数fp1における振幅電圧Vrと基準電流Irとの積(Vr×Ir)を求める。
【0061】
図7(C)に示すように、スイープ周波数範囲全域において基準電流Irに一致する駆動電流分布80を得るための電圧分布特性78は、前述した積(Vr×Ir)を、図6(C)に示している駆動電流分布76の電流値で除算して、振幅電圧を求めればよい。
【0062】
このようにして求めた図7(B)の振幅電圧分布78は、基準電流Irを求めた周波数fp1で振幅電圧がVrとなり、それ以外のインピーダンスの低い周波数帯域については、振幅電圧が下がった特性となっている。
【0063】
なお図5のスピーカの特性にあっては、3.2kHz付近にも音圧が高く且つインピーダンスが高い周波数fp2が存在しており、この部分では振幅電圧はVrには達しないが、ピーク的に増加した振幅電圧を示している。
【0064】
図7(B)のように、スイープ周波数範囲について駆動電流を基準電流Irに保つ振幅電圧データ分布78が得られたならば、所定周波数単位にサンプリングして振幅値をデジタルデータ例えば8ビットデータに変換することで、図8に示すような振幅電圧データ35を生成することができる。
【0065】
図8の振幅電圧データ35は、スイープ周波数範囲につき周波数f1〜fnに周波数を離散化して、それぞれの周波数における図7(B)の振幅電圧分布78に従った電圧値を振幅電圧データV1〜Vnとして取り出して配置しており、この振幅電圧データ35が図3に示したEEPROM32に予め記憶されている。
【0066】
図9は図8の振幅電圧データの作成処理を示したフローチャートであり、図1に示した本実施形態の住警器10のスピーカから出力される音圧を測定する音圧測定器、スピーカに加えられる駆動信号の駆動電圧と駆動電流を測定する測定器、更にはデータ処理用のパーソナルコンピュータなどの測定試験装置を使用して作成処理が行われる。また音圧測定は無音響室を使用して行う。
【0067】
振幅データ作成処理は、まずステップS1で測定対象として準備した本実施形態の住警器10に対するスイープ条件を設定する。このスイープ条件は、図6(B)に示すように、警報器に要求される音圧レベルを得るための振幅電圧Vrで開始周波数fsから終了周波数feのスイープ周波数範囲で周波数を変化させてスイープ音を出力させる条件を設定する。
【0068】
具体的には、図3のCPU24に設けているレジスタ60に対し、振幅データ設定部58から振幅電圧Vrに対応する振幅電圧データを固定的に設定する。続いてステップS2で周波数設定部66からスイープ周波数範囲で時間の経過に対し直線的に変化する周波数をレジスタ64に順次設定し、これによってPWM変換部66から一定デューティ比を持ち且つスイープ周波数範囲で周波数が変化するPWMパルスを出力し、ローパスフィルタ42で音声周波数帯域の上限周波数以上の成分をカットして正弦波波形に変換し、アンプ66で増幅した後、スピーカ46からスイープ音を出力させる。
【0069】
続いてステップS3で、スイープ周波数範囲におけるスピーカ駆動電流を測定し、この測定により図6(C)のような駆動電流分布76が得られることから、ステップS4で、同時に測定しているピーク音圧が得られた周波数におけるスピーカ駆動電流を検出し、ステップS5で、この電流をスピーカ基準電流Irとして決定する。
【0070】
続いて図7に示したように、図6(C)の駆動電流分布76により基準電圧Vrと基準電流Irの積(Vr×Ir)を除算して、図7(B)の電圧振幅分布78を求め、所定の周波数単位に離散化することで、図8に示すような振幅電圧データ35を作成し、これを図3に示すようにEEPROM32に記憶する。
【0071】
なお図9の処理にあっては、測定対象とする本実施形態の住警器10を用いてスピーカにスイープ音を出力させて、基準電流Ir及び駆動電流分布を測定しているが、図5に示すように、予め使用しているスピーカについて音圧特性70及びインピーダンス特性72が得られている場合には、この音圧特性70及びインピーダンス特性72から、音圧が高く且つインピーダンスも高い周波数例えばfp1を決定し、インピーダンス特性72が決まれば、図6に示す一定振幅電圧Vrを加えたときの図6(C)の駆動電流分布76も算出できるので、基準電流Irが求まり、これに基づき図7(B)の振幅電圧分布78を得て、図8の振幅電圧データ35を作成してもよい。
【0072】
更に、スピーカの音圧特性70が不明であっても、スイープ周波数範囲でスピーカを駆動して、図6(C)に示すような駆動電流分布76が測定できれば、この駆動電流分布76に基づき、図7(B)に示すスイープ周波数範囲につき、スピーカ駆動電流を基準電流Irに保つための振幅電圧分布78を同様にして求めることができる。
【0073】
図10は図3のPWM処理部の実施形態によるスイープ音出力処理を示したフローチャートである。図10において、まずステップS11でEEPROM32からの振幅電圧データ35の読み出しモードを設定した後、ステップS12で周波数fを所定周波数Δfずつ増加させる周波数のスイープを開始する。
【0074】
次にステップS13で、現在の周波数fに対応した振幅電圧データをEEPROM32から読み出してレジスタ60に格納し、ステップS14で、図4に示した変換特性に従って振幅電圧データをデューティ比に変換する。このとき周波数設定部62により、レジスタ64にステップS12で求めたスイープを開始した現在の周波数fがセットされていることから、PWM変換部66はステップS14で求めたデューティ比を持ち、且つレジスタ64にセットされた周波数のPWMパルスを出力する。
【0075】
このようなステップS12〜S15のEEPROM32の振幅電圧データ35に対応したデューティ比を持ち且つ周波数がスイープ周波数範囲で直線的に増加するPWMパルスを出力し、PWMパルスはローパスフィルタ42で可聴周波数帯域の上限周波数成分がカットされて正弦波波形に変換され、アンプ44で増幅された後、スピーカ46からスイープ音を出力する。
【0076】
このときスピーカ46に流れる駆動電流は、スピーカ駆動電圧が図7(B)のようにインピーダンスが高く且つ音圧が高い周波数fp1の基準電圧Vrに対し、インピーダンスの低い周波数帯域で振幅電圧が小さくなるように制御され、その結果、図7(C)に示すように、スイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流Irに保持したスイープ音の出力が実現できる。
【0077】
図11は図2のPWM処理部の他の実施形態を示したブロック図であり、この実施形態にあっては、ROMに振幅電圧データを記憶せず、振幅基準データを近似することで、区分関数としてプログラムの実行により振幅電圧データを設定し、スイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流付近に保つように制御する。
【0078】
図11において、CPU24に設けたスイープ音処理部56は、振幅電圧データ設定部82、レジスタ60、周波数設定部62、レジスタ64、PWM変換部66及び制御部68で構成され、基本的には図3の実施形態と同じであるが、図3にあっては、EEPROM32の振幅電圧データ35に基づき、振幅電圧データ設定部58でPWM変換部66に振幅電圧データを設定しているが、図11の実施形態にあっては、振幅電圧データ設定部82による区分関数に基づき、PWM処理部56に近似的に振幅電圧データを設定するようにしたことを特徴とする。
【0079】
図12は図11の実施形態におけるスピーカ駆動電流を基準電流に保つ近似的な振幅電圧分布を示したタイムチャートである。図12(A)は図5に示したと同じインピーダンス特性72であり、図12(B)に、図7(B)に示したと同じスイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流Irに保つための振幅電圧分布78を想像線で示している。
【0080】
図11の実施形態にあっては、振幅電圧分布78をそのまま使用せず、これを近似した近似振幅電圧分布84を使用する。近似振幅電圧分布84は、周波数fp1,fp2における振幅電圧のピーク部分を矩形パターンで近似している。
【0081】
このような近似振幅電圧分布84は、図13に示すような周波数区間に対する区分関数として定義することができる。即ち、5つの周波数区間f1〜f2,f2〜f3,f3〜f4,f4〜f5,f5〜f6につき、それぞれ区分関数としてV=V1,V2,V1,V3,V1を設定している。
【0082】
この図13に示すような区分関数をスイープ音出力時の周波数変化に基づき順次設定することで、図12(B)に示す矩形的に変化する近似振幅電圧分布84を生成してスピーカに駆動電圧を印加することができ、その結果、図12(C)に示すような駆動電流分布86を得ることができる。この駆動電流分布86は、周波数fp1における基準電流Irに対し、所定の誤差範囲に駆動電流が収まるように制御することができる。
【0083】
図14は図11の実施形態で用いる近似振幅電圧分布の他の例を示している。この例にあっては、図14(B)に示すように、音圧及びインピーダンスが高くなる周波数fp1,fp2のピーク的な振幅電圧の部分を、図12(B)の矩形近似に対し折れ線近似としており、本来の振幅電圧分布78に対するずれを小さくし、図14(C)に示す駆動電流分布90を得ることで、基準電流Irに対するスピーカ駆動電流の誤差を更に小さくしている。
【0084】
図15は図14(B)の近似振幅電圧分布88から作成したスイープ周波数範囲の各周波数区分に対する区分関数を一覧として示している。即ち図14のスイープ周波数範囲を周波数区分に示す7つの周波数区間に分け、各区間における振幅電圧Vの値を、定数あるいは正負の傾きを持つ直線の方程式で表現している。
【0085】
図16は図13及び図15のスイープ周波数範囲の区分関数を得るための振幅データ作成処理を示したフローチャートである。図16において、ステップS21〜S26は図9のステップS1〜S6と同じであり、図6(C)に示した駆動電流分布76に基づき、図7(B)に示す駆動電圧分布78を求めている。
【0086】
続いてステップS27で、図12(B)あるいは図14(B)に示すように、振幅電圧データ分布を近似化し、近似化した振幅電圧データ分布に基づき、ステップS27で図13に示すような区分関数または図15に示すような区分関数を決定し、それぞれCPU24に設けているPWM処理部56の機能を実現するプログラムにパラメータとして記述する。
【0087】
図17は図11のPWM処理部によるスイープ音出力処理を示したフローチャートである。図17において、ステップS31で図13または図15に示したようなスイープ出力用の区分関数の定数を設定する。図13の区分関数における定数はV1,V2,V3である。また図15の区分関数における定数はV1,V2,V3、及び傾きa,−b,c,−dである。
【0088】
次にステップS32で現在の周波数fを所定周波数Δfずつ増加させる周波数のスイープを開始する。続いてステップS33で現在の周波数fの属する区分の区分関数を選択する。続いてステップS34で、選択した区分関数から駆動電圧データを算出し、レジスタ60に格納する。そしてステップS35で、図4に示した変換特性に従って駆動電圧データをデューティ比に変換する。
【0089】
続いてステップS36で、同時に周波数設定部62によりレジスタ64にセットされている周波数を持ち且つステップS35で変換したデューティ比を持つPWMパルスを出力する。このようなステップS32〜S36の処理を、ステップS37でスイープ終了周波数に達するまで繰り返す。
【0090】
なお、上記の実施形態はスイープ音をPWM処理により出力する場合を例にとっているが、PWM処理以外のスイープ音の出力についても本発明を適用することができる。
【0091】
例えばCPU24からの制御により可変周波数発振器をスイープ周波数範囲で変化させ、可変周波数発振器からの周波数信号をアンプで増幅してスピーカを駆動する場合がある。
【0092】
このような場合にも、スピーカの音圧が高く且つインピーダンスの高い周波数fpにおける一定振幅Vrでスピーカを駆動したときの電流を基準電流Irとして求め、例えば図7に示したように、可変周波数発振器から出力される周波数信号の振幅レベルをスイープ周波数範囲で振幅電圧分布78に従って可変制御するように例えばアンプのゲインを制御することで、図7(C)に示すようなスイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流Irに保つようなスピーカ駆動ができる。
【0093】
また、上記の実施形態は火災検出を対象とした住警器を例に取るものであったが、これ以外にガス漏れ警報器や防犯用の警報器など、それ以外の適宜の異常を検出する警報器につき、本実施形態をそのまま適用できる。また住宅用に限らず、ビルやオフィス用などの各種の用途の警報器にも適用できる。
【0094】
また上記の実施形態は警報器にセンサ部を一体に設けた場合を例に取るものであったが、他の実施形態として警報器からセンサ部を別体として設けた警報器であっても良い。
【0095】
また本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
- 【図面の簡単な説明】
【0096】
【図1】本発明による住警器の外観を示した説明図
【図2】本発明による住警器の実施形態を示したブロック図
【図3】図2のPWM処理部の実施形態を示したブロック図
【図4】図3における音声データからデューティ比に変換する変換特性を示したグラフ図
【図5】スピーカの周波数に対する音圧特性とインピーダンス特性を示したグラフ図
【図6】一定の振幅電圧のスイープ信号をスピーカに加えた場合の駆動電圧と駆動電流を示したタイムチャート図
【図7】駆動電流を基準電流に保つ振幅電圧分布を示したタイムチャート
【図8】図7(B)の振幅電圧分布から作成された振幅電圧データを示した説明図
【図9】図8の振幅電圧データの作成処理を示したフローチャート
【図10】図3のPWM処理部によるスイープ音出力処理を示したフローチャート
【図11】図2のPWM処理部の他の実施形態を示したブロック図
【図12】駆動電流を基準電流に保つ近似的な振幅電圧分布を示したタイムチャート
【図13】図12(B)の近似的な振幅電圧分布から作成された区分関数を示した説明図
【図14】駆動電流を基準電流に保つ他の近似的な振幅電圧分布を示したタイムチャート
【図15】図14(B)の近似的な振幅電圧分布から作成された区分関数を示した説明図
【図16】図13及び図15の振幅電圧データの作成処理を示したフローチャート
【図17】図11のPWM処理部によるスイープ音出力処理を示したフローチャート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
- 【公開番号】特開2010−49605(P2010−49605A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【発明の名称】警報器
- 【出願番号】特願2008−215098(P2008−215098)
【出願日】平成20年8月25日(2008.8.25)
【出願人】
【識別番号】000003403
【氏名又は名称】ホーチキ株式会社
- 【代理人】
【識別番号】100079359
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 進
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